KR20140050569A - 다중 사용자 무선 시스템과 하이브리드 자동 재전송에서의 채널 출력 피드백 적용 - Google Patents

다중 사용자 무선 시스템과 하이브리드 자동 재전송에서의 채널 출력 피드백 적용 Download PDF

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Abstract

단말에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 방법 및 단말, 그리고 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법 및 기지국이 개시된다. 송신기는 기지국으로부터 수신된 프리코더가 적용된 제 1패킷을 기지국으로 전송한다. 수신기는 전송된 제1 패킷의 채널 출력 피드백(COF : Channel Output Feedback) 및 COF를 기초로 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 기지국으로부터 수신한다. 제어부는 COF 및 수신된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 제 2패킷의 변형을 준비하고, 기지국으로 상기 준비된 변형이 전송되도록 제어한다.

Description

다중 사용자 무선 시스템과 하이브리드 자동 재전송에서의 채널 출력 피드백 적용 {Method and Apparatus for Using Channel Output Feedback in Multi User Wireless Systems and hybrid-ARQ}
본 발명은 신호를 송수신 하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 무선 통신 시스템 및 하이브리드 자동 재전송에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송 및 수신하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어 학회에서 채널 상태 정보(CSI; channel state information)와 함께 채널 출력 피드백(COF; channel output feedback)을 사용하는 것에 대한 관심이 증가하고 있다(비특허문헌 1, 3, 4 참조). 이러한 종류의 피드백 설정은 일반적으로 샤논(Shannon) 피드백으로 지칭된다. 샤논 피드백의 사용은 네트워크의 용량을 증가시키는 잠재력을 가지는 것으로 알려져 왔다(비특허문헌 1 참조). 하지만 대부분의 분석은 높은 신호-대-잡음비(SNR; signal-to-noise ratio) 체제에서 자유도(degrees of freedom) 논쟁 쪽으로 맞춰져 왔다.
[1] C. S. Vaze, and M. K. Varanasi, \Can feedback increase the degrees of freedom of a wireless network with delayed CSIT?", 49th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing (Allerton), pp.76-83, Sept. 2011. [2] S. W. Peters, and R. W. Heath, Jr., \Interference alignment via alternating minimization", IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), pp.19-24, Apr. 2009. [3] H. Maleki, S. A. Jafar, S. Shamai, \Retrospective Interference Alignment over Interference Networks", IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, Special issue on Signal Processing In Heterogeneous Networks For Future Broadband Wireless Systems, Accepted. To appear in March 2012. [4] R. Tandon, S. Mohajer, H. V. Poor, S. Shamai, \On Interference Networks with Feedback and Delayed CSI", Available at arXiv:1109.5373v1. [5] J. C. Gower, and G. B. Dijkterhuis, Procrustes Problems, Oxford University Press, 2004. [6] M. A. Koshat, and D. F. Swayne, \A weighted Procrustes criterion", Psychometrika, pp.229-239,1991. [7] S. Gollakota, S. D. Perli, and D. Katabi, \Interference alignment and cancellation", SIGCOMM, pp. 159-170, Oct. 2009.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 무선 통신 시스템에서 신호를 전송하는 동안에 모든 사용자 상의 간섭의 합이 최소가 되도록 하는, 단말에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 방법 및 단말 그리고 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법 및 기지국을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 무선 통신 시스템에서 간섭을 최소화기 위해서 전송 신호를 생성하기 위한 정보를 단말에 제공할 수 있는, 단말에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 방법 및 단말 그리고 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법 및 기지국을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 단말은 기지국으로부터 수신된 프리코더가 적용된 제 1패킷을 상기 기지국으로 전송하는 송신기,상기 전송된 제1 패킷의 채널 출력 피드백(COF : Channel Output Feedback) 및 상기 COF를 기초로 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 상기 기지국으로부터 수신하는 수신기, 및 상기 COF 및 상기 수신된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 상기 제 2패킷의 변형을 준비하고, 상기 기지국으로 상기 준비된 변형이 전송되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 단말에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 방법은 기지국으로부터 프리코더에 대한 정보를 수신하는 단계, 상기 수신된 프리코더가 적용된 제 1패킷을 상기 기지국으로 전송하는 단계, 상기 기지국으로부터 상기 전송된 제1 패킷의 채널 출력 피드백(COF : Channel Output Feedback)을 수신하는 단계, 상기 기지국으로부터 상기 COF를 기초로 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 수신하는 단계, 상기 COF 및 상기 수신된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 제 2패킷의 변형을 준비하는 단계 및 상기 기지국으로 상기 준비된 변형을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 기지국은, 단말로 프리코더에 대한 정보를 전송하는 송신기, 상기 단말로부터 상기 전송된 프리코드가 적용된 제 1 패킷을 수신하는 수신기, 및 상기 수신된 제 1패킷의 채널 출력이 피드백 되도록 제어하고, 상기 채널 출력을 기초로 상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 결정하며, 상기 단말로 상기 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보가 전송되도록 제어하고, 상기 단말로부터 상기 제 2패킷의 수신을 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 제 2패킷은 상기 채널 출력 피드백 및 상기 전송된 제 2 패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 준비된 고유 신호의 변형일 수 있다.
상기의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법은, 단말로 프리코더에 대한 정보를 전송하는 단계, 상기 단말로부터 상기 전송된 프리코드가 적용된 제 1 패킷을 수신하는 단계, 상기 수신된 제 1패킷의 채널 출력을 피드백하는 단계, 상기 채널 출력을 기초로 상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 결정하는 단계, 상기 단말로 상기 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 전송하는 단계, 및 상기 단말로부터 상기 제 2패킷의 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제 2패킷은 상기 채널 출력 피드백 및 상기 전송된 제 2 패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 준비된 고유 신호의 변형일 수 있다.
본 발명에 따른 단말에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 방법 및 단말 그리고 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법 및 기지국에 의하면, 무선 통신 시스템에서 신호를 전송하는 동안에 모든 사용자 상의 간섭의 합이 최소가 되도록 할 수 있고, 무선 통신 시스템에서 간섭을 최소화기 위해서 전송 신호를 생성하기 위한 정보를 단말에 제공할 수 있다.
도 1은 간섭을 가지는 3-사용자(3-user) 무선 통신 시스템을 위한 시스템 모델을 도시한 도면이다.
도 2는 소스에서 전력의 함수로서 간섭의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 소스에서 전력의 함수로서 합계 비율 용량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 채널 출력 피드백을 이용하기 위한 방법에 대한 바람직한 일실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이동 단말의 일실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 기지국의 일실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 채널 출력 피드백을 이용하기 위한 방법에 대한 바람직한 다른 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 채널 출력 피드백을 가지는 하이브리드 ARQ 시스템 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 이동 단말의 다른 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 10은 본 발명에 따른 기지국의 다른 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면과 함께 상세히 설명한다. 또한 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
현재의 이동통신시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 제공하던 것에서 벗어나 데이터 서비스 및 멀티미디어 서비스 제공을 위해 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 통신시스템으로 발전하고 있다. 이를 위해 3GPP, 3GPP2, 그리고 IEEE 등의 여러 표준화 단체에서 다중 반송파를 이용한 다중 접속 방식을 적용한 3세대 진화 이동통신 시스템 표준을 진행하고 있다. 최근 3GPP의 Long Term Evolution (LTE), 3GPP2의 Ultra Mobile Broadband (UMB), 그리고 IEEE의 802.16m 등 다양한 이동통신 표준이 다중 반송파를 이용한 다중 접속 방식을 바탕으로 고속, 고품질의 무선 패킷 데이터 전송 서비스를 지원하기 위해 개발되었다.
LTE, UMB, 802.16m 등의 현존하는 3세대 진화 이동통신 시스템은 다중 반송파 다중 접속 방식을 기반으로 하고 있다. 또한 3세대 진화 이동통신 시스템은 전송 효율을 개선하기 위해 다중 안테나(MIMO; Multiple Input Multiple Output)를 적용하고 빔포밍(beam-forming), 적응 변조 및 부호(AMC; Adaptive Modulation and Coding) 방법과 채널 감응(channel sensitive) 스케줄링 방법 등의 다양한 기술을 이용한다. 상기의 여러 가지 기술들은 채널 품질 등에 따라 여러 안테나로부터 송신하는 전송 전력을 집중하거나 전송하는 데이터 양을 조절하고, 채널 품질이 좋은 사용자에게 선택적으로 데이터를 전송하는 등의 방법을 통해 전송 효율을 개선하여 시스템 용량 성능을 개선시킨다. 이러한 기법들은 대부분이 기지국(eNB: evolved Node B 또는 BS: Base Station)과 단말(UE: User Equipment 또는 MS: Mobile Station) 사이의 채널 상태 정보를 바탕으로 동작하기 때문에, 기지국 또는 단말은 기지국과 단말 사이의 채널 상태를 측정할 필요가 있으며, 이때 이용되는 것이 채널 상태 정보 기준 신호(Channel Status Information reference signal; CSI-RS)다. 앞서 언급한 기지국은 일정한 장소에 위치한 다운링크(downlink) 송신 및 업링크(uplink) 수신 장치를 의미하며 한 개의 기지국은 복수 개의 셀에 대한 송수신을 수행한다. 한 개의 이동통신 시스템에서 복수 개의 기지국들이 지리적으로 분산되어 있으며 각각의 기지국은 복수의 셀에 대한 송수신을 수행한다.
LTE/LTE-A 등 현존하는 3세대 및 4세대 이동통신 시스템은 데이터 전송율 및 시스템 용량의 확대를 위하여 복수개의 송수신 안테나를 이용하여 전송하는 MIMO 기술을 활용한다. 상기 MIMO 기술은 복수의 송수신 안테나를 활용함으로써 복수의 정보 스트림(information stream)을 공간적으로 분리하여 전송한다. 이와 같이 복수개의 정보 스트림을 공간적으로 분리하여 전송하는 것을 공간 다중화(spatial multiplexing)이라 한다. 일반적으로 몇 개의 정보 스트림에 대하여 공간 다중화를 적용할 수 있는지는 송신기와 수신기의 안테나 수에 따라 달라진다. 일반적으로 몇 개의 정보 스트림에 대하여 공간 다중화를 적용할 수 있는지를 해당 전송의 랭크(rank)라 한다. LTE/LTE-A 릴리즈(Release) 11까지의 표준에서 지원하는 MIMO 기술의 경우 송수신 안테나가 각각 8개 있는 경우에 대한 공간 다중화를 지원하며 랭크가 최대 8까지 지원된다.
반면 본 발명에서 제안하는 기술이 적용되는 FD-MIMO 시스템은 기존 LTE/LTE-A MIMO 기술이 진화되어 8개 보다 많은 32개 또는 그 이상의 송신안테나가 이용된다. 다만 본 발명의 적용 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 채널 출력 피드백(COF)이 차세대 무선 시스템에 이로울 수도 있는 방법들을 제공한다.본 발명은 다중 사용자 시나리오에서의 채널 출력 피드백(COF : channel output feedback)을 이용 본 발명의 실시예 및 (b) HARQ(hybrid- Automatic Repeat Request )에서 채널 출력 피드백의 병합에 대한 실시예들을 제공한다. 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 채널 출력 피드백이 차세대 무선 시스템에게 제공할 장점들을 보여주기 위한 것이다.
도 1은 간섭을 가지는 3-사용자(3-user) 무선 통신 시스템을 위한 시스템 모델을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 시스템 모델(100)는 소스(112, 114, 116) 및 목적지(122, 124, 126)를 포함할 수 있다. 소스(112, 114, 116) 및 목적지(122, 124, 126)는 각각 복수의 안테나를 갖는다. 여기서, 소스(112, 114, 116) 및 목적지(122, 124, 126)의 안테나 개수를 M개라고 지칭한다.
또한, 도 1에서 각각 M개의 안테나를 가지는 각각의 소스(112, 114, 116) 및 목적지(122, 124, 126)와 함께 K-사용자 간섭 채널(K-user interference channel)이 고려될 수 있다. 여기서, K는 사용자 수를 의미한다. 또한, 목적지(122, 124, 126)에서 수신된 이전 채널 상태(CSI) 및 채널 출력 피드백(COF)을 소스(112, 114, 116)가 액세스할 수 있는 목적지로부터 소스까지 이용될 수 있는 매우 높은 비율의 피드백 링크가 존재한다고 가정한다. 소스 l 및 목적지 k 사이의 채널은 행렬
Figure pat00001
에 의해 나타내어진다.
COF 피드백은 각 목적지가소스에의해수신된정확한신호
Figure pat00002
를 상기소스로피드백하는것을의미한다. 다른 말로, 신호
Figure pat00003
를 설계할 때, 소스는 이전 CSI
Figure pat00004
및 이전 COF
Figure pat00005
를 액세스한다. 그러나 이는
Figure pat00006
(즉, 시간 k에서 목적지에의해식별되는간섭 + 잡음)으로 주어지는 추가의 사이드 정보를 가지는 것과 동일하다.
하나의 시간(시간 도메인) 상에서 전송을 위해, 어떤 채널 출력 피드백도 소스에서 이용할 수 없다. 따라서 전송된 신호는 다음의 수학식 1과 같이 주어진다.
Figure pat00007
여기서,
Figure pat00008
은 소스 k에 의해 사용되는 직교 프리코딩 매트릭스이다. 더욱이,
Figure pat00009
이다.
하지만, 제 2전송 시간 인터벌 동안, 채널 출력 정보의 유효성으로 인해, 소스는 피드백을 통해 얻어진 사이드 정보 및 메시지
Figure pat00010
의 선형 조합을 전송한다. 따라서 제2 시간 기간에 걸쳐 전송된 신호는 다음의 수학식 2와 같이 주어진다.
Figure pat00011
여기서, 스칼라 계수
Figure pat00012
및
Figure pat00013
는 전력 제한(power constraint)이 소스에서 만족되는 것이 보장되도록 선택된다. 여기서, 다시 프리코딩 매트릭스
Figure pat00014
가 직교한다고 가정된다. 다른 말로,
Figure pat00015
이다.
추가 복소 가우시안 노이즈(additive complex Gaussian noise)는
Figure pat00016
를 가지는 화이트 노이즈인 것으로 가정된다. 소스로부터 전송된 신호로, 목적지에서 수신되는 신호는 다음의 수학식 3과 같이 주어진다.
Figure pat00017
Figure pat00018
여기서, k 번째 사용자에 대한 관심 신호는 다음의 수학식 4와 같이 주어진다.
Figure pat00019
이것 외에, 모든 다른 나머지 부분은 단순한 간섭 및/또는 잡음으로 취급된다. 다음으로, 간섭은 수신기 k에서 의미 없는(non-intended) 신호 성분에서 제공되는 전력이라고 규정된다. 그러므로 다음의 수학식 5가 유도된다.
Figure pat00020
여기서, Wk[2]는 목적지에서의 합성기(combiner)이다. 단위행렬인 행렬
Figure pat00021
로 인해, 수학식 5는 다음의 수학식 6과 같이 더욱 단순화될 수 있다.
Figure pat00022
여기서,
Figure pat00023
및
Figure pat00024
는 직교 행렬로 제한된다. 즉,
Figure pat00025
으로 제한된다.
결과적으로, 각 소스 k에서 전력 제한은 다음의 수학식 7과 같다.
Figure pat00026
이하에서, 최적화 문제에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적은 소스에서 전력 제한에 대한 대상인 제2 전송 동안 모든 사용자들에 대한 간섭의 합을 최소화하기 위한 것이다. 다른 말로, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다음의 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00027
간섭의 합을 최소화하는 것은 다중 사용자 시스템을 위해 선택하는 고유 목적 기능이다. 이것은 매우 높은 SNR에서 통신은 오직, 간섭 부분에 의해 제한 때문이다.. 실제로, 이 매트릭스는 어떠한 채널 출력 피드백도 없는 선형 프리코더
Figure pat00028
를 설계하기 위해 비특허문헌 2에서 이미 사용되었다.
수학식 8에서 최적화 문제를 살펴보면, 어떻게 최적화를 수행할 수 있는지는 매우 분명하지 않다. 그러므로 본 발명은 시간(축)에서 오직 하나의 값을 교란(perturb)하는 연속적인 최적화 접근 방법을 제안한다. 다른 말로, 본 발명은 다음의 변수들에 걸쳐 연속적으로 문제를 해결할 수 있고, 그런 다음 반복한다.
● 소스
Figure pat00029
에서 메시지에 대한 선형 프리코더를 최적화
● 소스
Figure pat00030
에서 사이드 정보를 위한 선형 프리코더 최적화
● 수신기
Figure pat00031
에서 선형 합성기 최적화
고유 문제의 반복 최적화는 아래 표 1에 도시된 최적화 알고리즘에서 설명된다. 일부 실시예로, 최적화 알고리즘은 사용자로부터 기지국까지 데이터의 상향링크 전송을 위한 방법에 최적으로 병합될 수 있다. 일예로, 최적화 알고리즘 은 LTE 통신 시스템에서 복수의 UE가 각각 복수의 기지국에 상향링크 전송하는 방법에 병합될 수 있다.
최적화 알고리즘 : 반복 최적 코딩 방법
1: 초기화: 비특허문헌 2의 알고리즘을 사용하여 사용자 각각에 대해
Figure pat00032
를 초기화
2: 각 사용자를 위해
Figure pat00033
로 초기화
3:
Figure pat00034
는
Figure pat00035
에 기초하여 초기화
4:
Figure pat00036
를 기초로 간섭 합의 값
Figure pat00037
을 초기화
5: 반복(repeat) {
6: 각 사용자 k에 대하여: {
7: 랜덤 후보 단위 행렬
Figure pat00038
생성
8: 사용자 k를 위한 단위 프리코더로
Figure pat00039
를 가지고, 수학식 19를 이용하여 최적의 β 산출
9: 만약 간섭의 합이
Figure pat00040
보다 낮으면,
Figure pat00041
로 설정}
10: 수학식 12를 이용하여 선형 프리코더
Figure pat00042
를 업데이트
11: 직교 행렬
Figure pat00043
의 새로운 값을 산출
12: } 종료 조건을 만족할 때까지 (until termination condition met)
이하에서, 상기 각 문제를 위한 최적화 알고리즘에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 이하에서 F에 대한 최적화를 상세히 설명한다. 단지
Figure pat00044
에 대한 최적화를 위해, 수학식 8에서 문제는 다음의 수학식 9와 같이 다시 기술될 수 있다.
Figure pat00045
Figure pat00046
합의 순서를 바꾸면(swap), 문제는 다음의 수학식 10과 같이 재정렬될 수 있다.
Figure pat00047
Figure pat00048
F'[2]의 각각에 대한 최적화는 독립적으로 수행될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다. 주어진 F'[2]를 위해, 목적 함수는 다음의 수학식 11과 같이 기술될 수 있다.
Figure pat00049
여기서,
Figure pat00050
상호 간의 상위에 이들 행렬을 쌓으면(스택, stack), 전체 최적화 함수는 다음의 수학식 12과 같이 감소된다.
Figure pat00051
만약, k = `이면,
Figure pat00052
및
Figure pat00053
라는 점의 이해와 함께, 수학식 12에서 최적화 문제는 스티펠 매니폴드(Stiefel-manifold)에 관한 최적화이다. 또한, 이 문제는 프로크루스테스(Procrustes) 프로젝션 문제로도 알려져 있다. 하지만, 어떠한 근접한 또는 최적화된 해결책도 이 문제에 대해 존재하지는 않는다. 그러므로 본 발명은 지역적 최소의 해결책을 찾아내기 위해 비특허문허 6에서 개괄적으로 설명된 반복 기술을 이용할 수 있다
이하에서, G에 대한 최적화를 상세히 설명한다. 이 경우에 있어서, 각각의 Gp[2]를 독립적으로 최적화하는 것은 가능하지 않다. 주어진 사용자 p에 대해 최적화 문제는 다음의 수학식 13과 같이 기술될 수 있다.
Figure pat00054
결국, 목적 함수를 다음의 수학식 14과 같이 축약될 수 있다.
Figure pat00055
여기서,
Figure pat00056
만약, k=`또는 ` = p이면,
Figure pat00057
및
Figure pat00058
라는 점을 이해하고, k의 값에 기초하여 그들을 다시 스택(stack)하면, 전체 최적화는 다음의 수학식 15와 같이 감소된다.
Figure pat00059
합에서 오직 단일 부분이 존재하면, 그 문제는 비특허문허 5의 프로크루스테스(Procrustes) 문제 의 버전으로 수정되더라도, 어떻게 임의의 합에 대한 해결책이 얻어질 수 있을지가 명확하지 않다. 그러므로 그러므로 본 발명은 최적화 알고리즘에서 행렬 Gp[2]를 선택하기 위한 방법의 일예로 랜덤한 방법을 제안한다.
이하에서, R에 대한 최적화를 상세히 설명한다. 또한, 소스 p, Fp[2] 및 Gp[2]에서 2개의 선형 프리코더 간의 최적 전력 할당에 대한 최적화를 살펴본다. 전과 같이, 모든 사용자들에 대한 전체 간섭 부분은 다음의 수학식 16과 같이 기술될 수 있다.
Figure pat00060
그러므로 p번째 사용자를 위해, 관련된 부분은 다음의 수학식 17과 같이 기술될 수 있다.
Figure pat00061
이다.
상술한 것은 다음의 수학식 18과 같이 정리된 형식으로 간단하게 할 수 있다.
Figure pat00062
여기서,
Figure pat00063
이제, 빅 행렬(big matrix)로그들 모두를 함께 모으면, p 번째 사용자를 위한 할당에 대한 최적화는 다음의 수학식 19과 같이 기술될 수 있다.
Figure pat00064
여기서,
Figure pat00065
수학식 19의 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 라그랑즈의 곱수(Lagrange multipliers)를 이용할 수 있다. 라그랑즈의 곱수의 이용은 모든 루트가 최소화를 위한 가능한 후보가 될 수 있는 4차 다항식의 결과를 낳는다. 최소화를 위한 4개의 포인트들 각각을 검사하여, 본 발명은 목적 함수를 가장 최소화할 수 있는 하나를 선택할 수 있다.
이하에서, W에 대한 최적화를 상세히 설명한다.
수신된 합성기에 대한 최적화는 비교적 간단하다. 이는 간섭의 최소량을 가지는 방향을 따라 수신된 신호 yk[2]를 투영하는 것을 간단하게 포함한다. 사용자 k가 크기 q의 신호
Figure pat00066
를 수신할 것으로 예측되면, 수신된 신호는 노이즈 플러스 간섭 공분산 행렬의 가장 약한 q 방향(최소 고유치)를 따라 투영된다.이하에서, 본 발명은 다중 사용자 시스템을 위한 채널 출력 피드백을 이용하는 것의 효과를 설명하기 위해, 최적화 알고리즘 에 기초한 일부 모의실험을 제공한다. 분석을 단순화하기 위해, 채널
Figure pat00067
의 각 엔트리는 평균이 영이고 단위 변수를 가지는 복소 가우시안 확률 변수(complex Gaussian random variable)인 것으로 가정된다. 모의실험은 K가 3인 사용자들에 대해 제공된다. 각 사용자 및 목적지는 M이 4인 안테나를 가지는 것으로 가정된다. 더욱이, 보고된 모든 값은 1,000 채널 이상으로 구현된 것을 평균하여 산출된 것이다
도 2는 소스에서 전력의 함수로서 간섭의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2의 그래프는 K가 3인 사용자들에 대한 모의실험으로, 각 사용자 및 목적지는 4개의 안테나를 가지며 두 개의 스트림(즉,
Figure pat00068
)을 전송하는 모의실험에 대한 결과를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 그래프(200)는 소스에서 전력
Figure pat00069
의 함수로 수학식 8의 시스템을 위한 간섭의 전체 합을 그린 것이다. 비교를 위해, 그래프(200)는 오직 채널 상태 피드백에만 영향 받는 비특허문헌2의 방법에 대한 그래프를 또한 도시한다. 곡선(210)은 본 발명에서 제안된 방법을 사용한 결과를 도시한 것이고, 곡선(220)는 비특허문헌 2의 방법을 사용한 결과를 도시한 것이다.
채널 출력 피드백의 도움으로, 평균 간섭에서 급격한 감소가 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 지속적으로, 평균 간섭은, 대부분의 관심(interest) 전력 체제에 걸쳐, 10 이상의 팩터로 감소될 수 있다.
도 3은 소스에서 전력의 함수로서 합계 비율 용량의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3의 그래프는 K가 3인 사용자들에 대한 모의실험으로, 각 사용자 및 목적지는 4개의 안테나를 가지며 두 개의 스트림(즉,
Figure pat00070
)을 전송하는 모의실험에 대한 결과를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 그래프(300)는 채널 출력 피드백이 시스템의 합계 비율 용량에 대해 가지는 효과를 캡처하는 것을 시도했다. 이하에서, 설명을 명확히 하기 위하여, 일부 용어가 정의된다.
k 번째 스트림을 위한 SINR(signal-to-interference-noise ratio)은다음의 수학식 20와 같이 정의된다.
Figure pat00071
상술한 정의에 기초하여, 합계-비율(sum-rate)은 다음의 수학식 21과 같이 정의된다.
Figure pat00072
곡선(310)은 본 발명에서 제안된 방법을 사용한 결과에 대한 것이고, 곡선(320)은 비특허문헌 2의 방법을 사용한 결과에 대한 것이다. 이제, 그래프(300)로부터 알 수 있는 바와 같이, 채널 출력 피드백은 시스템의 합계 비율 용량을 상당히 증가시키는 데에 도움이 된다. 중간 정도의 전력
Figure pat00073
= 20 dB에서 조차, 용량이 종래 보다 거의 두 배가 된다. 더욱이, 용량은 비특허문헌 2에서와 같이 단지 CSI 피드백을 가지고, 포화되는 경향이 있지만, 반면, 채널 출력 피드백으로, 이는 더욱더 많은 전력이 소스에서 이용 가능하도록 지속적으로 증가된다. 비특허문헌 2의 방법이 본 발명에서 제안된 방법을 능가하는 매우 낮은 전력 체제에 대해서 본 발명에서 제안된 방법의 성능은 다소 약화된다.
도 2 및 도 3의 모의실험의 설정은 LTE 통신 시스템에서 사용자로부터 이의 기지국까지 데이터의 상향링크 전송을 위해 최적으로 병합될 수 있다. 도 4는 본 발명에 따른 채널 출력 피드백을 이용하기 위한 방법에 대한 바람직한 일실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 두 명의 사용자 및 두 개의 기지국을 연관되게 하는 정보의 흐름을 도시한다. 하지만, 도 4의 방법은 두 명 이상의 사용자 및 기지국을 연관되게 하는 실시예로 손쉽게 확장될 수 있다는 것은 당업자에게 자명한 사항이다.
도 4를 참조하면, 사용자 단말 1(UE1)(416)은 파일롯 신호(Pilot signal)를 기지국 1(BS1)(412)에 전송한다(S400). 사용자 단말 2(UE2)(426)은 파일롯 신호(Pilot signal)를 BS1(412)에 전송한다(S406). BS1(412)은 상기 전송된 파일롯 신호들을 기초로 훈련을 통해 채널 조건 H11[1] 및 H12[1]을 학습한다.
UE1(416)은 파일롯 신호(Pilot signal)를 BS2(422)에 전송한다(S404). UE2(426)은 파일롯 신호(Pilot signal)를 BS2(422)에 전송한다(S402). BS2(422)는 상기 전송된 파일롯 신호들을 기초로 훈련을 통해 채널 조건H22[1] 및 H21[1]에 대해 학습한다.
BS1(412) 및 BS2(416)는 UE 1(416) 및 UE 2(426)가 각각 사용해야 할 최적의 프리코더들 F1[1] 및 F2[1]를 선택하기 위해 상호간에 통신한다(S408).
BS1(412)는 최적의 프리코더를 산출하고, 산출한 프리코더에 근접한 직교 행렬의 코드북에서의 엔트리를 UE1(416)로 전송한다(S410)
UE1(416)는 모 기지국인 BS1(412)에 의해 요청된 프리코더 상에서 자신의 패킷을 전송한다(S412). BS1(412)은 UE1(416)에 의해 전송된 패킷을 수신한다. 하지만, 상기 패킷 수신은 다른 사용자(UE2(426))로부터 간섭(452)이 있음을 알 수 있다. BS1(412)은 UE1(416)에 채널 출력(COF)을 피드백한다(S414). 여기서, BS로부터 UE까지 COF는 PDCCH 또는 PDSCH를 통해 전송될 수 있다. 하지만, PDSCH의 더 많은 데이터 전달 용량 때문에, PDSCH가 유용한 경우에는 PDSCH가 선택되는 것이 바람직하다.
BS2(422)는 최적의 프리코더를 산출하고, 산출한 프리코더에 근접한 직교 행렬의 코드북에서의 엔트리를 UE2(426)로 전송한다(S416)
UE2(426)는 모 기지국인 BS2(422)에 의해 요청된 프리코더 상에서 자신의 패킷을 전송한다(S418). BS2(422)은 UE2(426)에 의해 전송된 패킷을 수신한다. 하지만, 상기 패킷 수신은 다른 사용자(UE1(416))로부터 간섭(452)이 있음을 알 수 있다. BS2(422)은 UE2(426)에 채널 출력(COF)을 피드백한다(S420). 여기서, BS로부터 UE까지 COF는 PDCCH 또는 PDSCH를 통해 전송될 수 있다. 하지만, PDSCH의 더 많은 데이터 전달 용량 때문에, PDSCH가 유용한 경우에는 PDSCH가 선택되는 것이 바람직하다.
UE1(416)은 파일롯 신호(Pilot signal)를 BS1(412)에 전송한다(S422). UE2(426)은 파일롯 신호(Pilot signal)를 BS1(412)에 전송한다(S428). BS1(412)은 상기 전송된 파일롯 신호들을 기초로 훈련을 통해 채널 조건 H11[2] 및 H12[2]을 학습한다.
UE1(416)은 파일롯 신호(Pilot signal)를 BS2(422)에 전송한다(S426). UE2(426)은 파일롯 신호(Pilot signal)를 BS2(422)에 전송한다(S424). BS2(422)는 상기 전송된 파일롯 신호들을 기초로 훈련을 통해 채널 조건H22[1] 및 H21[1]에 대해 학습한다.
BS1(412) 및 BS2(416)는 UE 1(416) 및 UE 2(426)들에 의한 다음 전송을 위해 사용될 (F1[2], G1[2],
Figure pat00074
) 및 (F2[2], G2[2],
Figure pat00075
)의 최적의 세트에 대한 결정을 위해 상호간에 통신한다(S430).
BS1(412)은 산출한 최적 값들에 가장 인접한 코드북의 엔트리를 UE1(416)로 전송한다(S432). 여기서 BS(412)은 F1[2], G1[2],
Figure pat00076
를 UE1(416)로 전송할 수 있다.
UE1(416)는 제2 시간 인스턴트를 위한 전송을 보내기 위해 단계 S423에서 전송된 정보를 기초로 원본 패킷의 변형(variants)을 준비한다(S434). 여기서, UE1(416)은, 수학식 2에서 개괄적으로 설명된 바와 같이, 수학식 2를 기초로 원본 패킷의 변형(variants)을 준비할 수 있다.
UE1(416)은 준비한 패킷을 BS1(412)로 전송한다(S436).
BS1(412)는 수신한 패킷을 디코딩한다(S438).
BS2(422)은 산출한 최적 값들에 가장 인접한 코드북의 엔트리를 UE2(426)로 전송한다(S440). 여기서BS2(422)은 F1[2], G1[2],
Figure pat00077
를 UE2(422)로 전송할 수 있다.
UE2(426)는 제2 시간 인스턴트를 위한 전송을 보내기 위해 단계 S440에서 전송된 정보를 기초로 원본 패킷의 변형(variants)을 준비한다(S442). 여기서, UE2(426)은 수학식 2를 기초로 원본 패킷의 변형(variants)을 준비할 수 있다.
UE2(426)은 준비한 패킷을 BS2(462)로 전송한다(S444).
BS2(462)는 수신한 패킷을 디코딩한다(S446).
현재 상향링크 제어 정보(UCI: Uplink control information)는 주로 3개의 것들을 전송한다: (1) SR(Scheduling Request), (2) HARQ ACK/NACK 및 (3) 채널품질정보(CQI : Channel Quality Indicator). 각 UE는 본 발명의 제안된 방법에서 다양한 양의 스트림들을 전송할 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 결과적으로, 랭크 지시자(RI: Rank Indicator)는 본 발명의 방법으로 보고될 수 있다. 더욱이, 프리코딩 매트릭스 지시자(PMI: Precoder Matrix Indicator) 및 CQI는 간섭 정렬을 포함하는 어떤 발전될 기술을 위해서도 필수적이다. COF의 주파수를 고려한 바와 같이, 이는 본 발명의 시스템으로부터 당업자가 원하는 성능의 직접 기능(direct function)이다. 전술된 바와 같이, 단지 하나의 추가적인 COF로, 간섭에서 상당한 감소가 이루어질 수 있다. 그러므로 간섭 감소 가능성 및 COF의 양 사이에 포함되는 트레이드-오프가 존재한다.
도 5는 본 발명에 따른 이동 단말의 일실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 단말(500)은 제어부(510), 송신기(520) 및 수신기(530)를 포함할 수 있다. 단말(500)은 도 4에 도시된 UE1 416 또는 UE2 426일 수 있다.
송신기(520)는 기지국으로부터 수신된 프리코더가 적용된 제 1패킷을 상기 기지국으로 전송한다.
수신기(530)는 상기 전송된 제 1패킷의 채널 출력 피드백(COF : Channel Output Feedback) 및 상기 COF를 기초로 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 상기 기지국으로부터 수신한다. 상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보는 상기 제1 패킷의 채널 출력을 기초로 결정될 수 있다. 상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보는 현재 시점에 전송될 신호의 제1 프리코더에 대한 정보, 이전 시점에 전송된 신호의 제2프리코더에 대한 정보, 상기 제1 프리코더를 위한 제1 스칼라 계수 및 상기 제2 프리코더를 위한 제2 스칼라 계수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 현재 시점에 전송될 신호의 제1 프리코더에 대한 정보, 이전 시점에 전송된 신호의 제2프리코더에 대한 정보, 상기 제1 프리코더를 위한 제1 스칼라 계수 및 상기 제2 프리코더를 위한 제2 스칼라 계수는 각각 수학식 2의
Figure pat00078
,
Figure pat00079
,
Figure pat00080
및
Figure pat00081
및 일 수 있다.
제어부(510)는 상기 COF 및 상기 수신된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 상기 제 2패킷의 변형을 준비하고, 상기 기지국으로 상기 준비된 변형이 전송되도록 제어한다.
도 6은 본 발명에 따른 기지국의 일실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 기지국(600)은 제어부(610), 송신기(620) 및 수신기(630)를 포함할 수 있다. 기지국(610)는 도 4의 BS1(412) 또는 BS2(426)일 수 있다.
송신기(620)는 단말로 프리코더에 대한 정보를 전송한다. 송신기(620)는 상기 단말로부터 제 1 파일롯 신호 및 다른 단말로부터 제 2파일롯 신호를 수신하고, 수신한 제 1파일롯 신호 및 제 2파일롯 신호를 기초로 상기 프리코더를 선택할 수 있다.
수신기(630)는 상기 단말로부터 상기 전송된 프리코드가 적용된 제 1 패킷을 수신한다.
제어부(610)는 수신기(630)가 수신한 제 1패킷의 채널 출력이 피드백 되도록 제어하고, 상기 채널 출력을 기초로 상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 결정하며, 상기 단말로 상기 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보가 전송되도록 제어하고, 상기 단말로부터 상기 제 2패킷의 수신을 제어한다. 여기서, 상기 제 2패킷은 상기 채널 출력 피드백 및 상기 전송된 제 2 패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 준비된 고유 신호의 변형일 수 있다. 상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보는 현재 시점에 전송될 신호의 제1 프리코더에 대한 정보, 이전 시점에 전송된 신호의 제2프리코더에 대한 정보, 상기 제1 프리코더를 위한 제1 스칼라 계수 및 상기 제2 프리코더를 위한 제2 스칼라 계수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 현재 시점에 전송될 신호의 제1 프리코더에 대한 정보, 이전 시점에 전송된 신호의 제2프리코더에 대한 정보, 상기 제1 프리코더를 위한 제1 스칼라 계수 및 상기 제2 프리코더를 위한 제2 스칼라 계수는 각각 수학식 2의
Figure pat00082
,
Figure pat00083
,
Figure pat00084
및
Figure pat00085
일 수 있다.
수신기(630)는 다른 기지국으로부터 상기 다른 기지국에 대한 정보를 수신한다. 상기 제2 패킷을 전송하기 위한 정보는 상기 수신된 다른 기지국에 대한 정보를 더 기초로 결정된다.
수신기(630)는 상기 단말로부터 제 1파일롯 신호를 수신하고, 다른 단말로부터 제 2파일롯 신호를 수신하며, 송신기(620)는 상기 기지국에 대한 정보를 다른 기지국으로 전송한다. 여기서 상기 기지국에 대한 정보는 상기 제 1파일롯 신호 및 상기 제 2파일롯 신호를 기초로 훈련된 것이다.
이하에서, 하이브리드-ARQ 시스템에 채널 출력 피드백을 병합하는 것에 대해 상세히 설명한다. 하이브리드-ARQ 시스템에 채널 출력 피드백을 병합은 이미 설명되었던 LTE에 채널 출력 피드백을 병합 것과 대응될 수 있다. 하이브리드-ARQ의 경우에는, 상호 간에 통신하기 위해 시도하고 있는 단일의 소스 및 목적지가 존재한다.
하이브리드 ARQ의 핵심 아이디어는 오류 제어 코딩 방법을 가지는 협업(co-operation)에서 기존의 ARQ를 이용하기 위한 것이다. 그러므로 오류가 보호된 패킷의 첫 번째 전송이 실패한 경우에만, 패킷의 두 번째 전송이 필요하다.
도 7은 본 발명에 따른 채널 출력 피드백을 이용하기 위한 방법에 대한 바람직한 다른 실시예의 수행과정을 도시한 흐름도이다. 도 7은 무선 시스템에서 하이브리드-ARQ 시스템에 채널 출력 피드백이 병합된 방법의 수행과정을 도시하다.
도 7을 참조하면, UE(720)는 훈련 신호(Pilot signal)를 BS(710)에 전송한다(S700). BS(710)는 상기 훈련 신호를 이용하여 채널에 대해 학습한다.
UE(720)는 블록 페이딩 채널(block fading channel) 상에서 패킷
Figure pat00086
을 전송한다(S705).
BS(710)는 수신한 패킷
Figure pat00087
을 디코딩하고, 패킷
Figure pat00088
에 에러가 있는지 여부를 확인한다 (S710).
패킷
Figure pat00089
에 에러가 있는 경우에는, BS 710는 NACK 신호를 전송하여 패킷의 재전송을 요청한다 (S715). 추가로, BS 또한 UE에게 이의 채널 출력을 전송한다.
UE(720)는 파일롯 신호(Pilot signal)를 BS(710)에 전송한다(S720). BS 710는 전송된 파일롯 신호를 이용하여 채널에 대해 학습한다.여기서 상기 파일롯 신호는 훈련 신호일 수 있다.
UE(720)는 채널 출력 피드백을 이용한 전송을 위해 원본 패킷의 변형(variation)을 준비하고, 다음 블록 페이딩 계수에 관해 BS를 훈련한다(S725).
UE(720)는 패킷
Figure pat00090
의 변형을 재전송한다(S730).
BS(710)는 재전송된 패킷을 디코딩한다(S735).
재전송된 패킷을 성공적으로 디코딩한 경우에는, BS(710)는 UE(720)로 ACK를 전송한다(S740).
UE(720)는 파일롯 신호를 BS(710)에 전송한다(S745). BS(710)는 상기 파일롯 신호를 이용하여 채널에 대해 학습한다.
UE(720)는 블록 페이딩 채널(block fading channel) 상에서 패킷
Figure pat00091
을 전송한다(S750).
BS(710)는 수신한 패킷
Figure pat00092
을 디코딩하고, 패킷
Figure pat00093
에 에러가 있는지 여부를 확인한다 (S755).
이후, 단계 S715 내지 S755가 반복될 수 있다.
이하에서, COF를 이용하여 패킷
Figure pat00094
의 변형을 생성하는 방법을 추록에서 상세하게 설명한다.
채널 출력 피드백으로, 매우 간단한 선형 방법은 용량 성취하는 것이 될 수 있다. 더욱이, 이들 방법들은 매우 높은 신뢰도를 제공할 수 있다. 다른 말로, 채널 출력 피드백으로, 단지 CSI 피드백으로 가능한 것보다 매우 낮은 에러 가능성을 이룰 수 있다. 요지를 설명하기 위해, 본 발명은 N 재전송을 위한 매우 간단한 선형 코딩 스킴을 유도한다. 하이브리드 ARQ의 경우에 있어서, 이는 전형적으로 3-5의 범위에 있다.
도 8은 본 발명에 따른 채널 출력 피드백을 가지는 하이브리드 ARQ 시스템 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 하이브리드-ARQ 시스템 800는 소스 810 및 목적지 820를 포함할 수 있다. 소스 810 및 목적지 820는 도 7의 UE 720 또는 BS 710일 수 있다.
선형 코딩에 의해, 시간 인스턴트 k에서 전송된 신호 x[k]는 단지 사이드 정보
Figure pat00095
및 원본 메시지 θ의 선형 조합을 의미하거나, 또는 다음과 같다.
Figure pat00096
여기서, θ는 E[
Figure pat00097
] = 1인, 단지 하나의 심볼(L 심볼들을 가지는 패킷으로 쉽게 확장할 수 있는 심볼)을 가진다. 단일 벡터에서 모든 N 재전송을 수집하면, 전체 스킴은
Figure pat00098
와 같이 표현될 수 있다. 여기서,
Figure pat00099
및
Figure pat00100
는 상관관계가 적용되는 정확하게 낮은 삼각 행렬이다. 벡터 g 및 F는 채널 구현
Figure pat00101
의 함수가 될 수 있는 가능성이 높다는 점에 유의하여야 한다. 실제로, 본 발명은 그 경우가 될 수 있음을 보일 수 있다. E[
Figure pat00102
] = 1이라고 가정한다. 더욱이, 목적지(BS)에서 수신된 신호는 다음의 수학식 22과 같이 주어진다.
Figure pat00103
여기서, D = diag(h1 : : : ; hN)이다. 대부분의 (WLOG)의 어떤 손실도 없다면, Dg는 다음의 수학식 23과 같이 가정한다.
Figure pat00104
여기서,
Figure pat00105
이다. det(I+DF) = 1이며, 이는 행렬 I+DF은 전체 랭크인 것이 내포되었다는 것에 유의하여야 한다. 수학식 22에서 수학식 23이 대체되면, 우리는 즉시 목적지에서 수신된 신호-대-잡음비(SNR)가 SNR = kqk2로 주어진다는 것을 얻을 수 있다. 또한, 소스 810에서 요구되는 전력은 다음의 수학식 24에 의해 주어진다.
Figure pat00106
이제 fi = [fi;1 fi;2 : : : ; fi;i-1
Figure pat00107
및 ui = [q1 q2 : : : ; qi
Figure pat00108
으로 놓았을 때, 전력 제한(power constraint)은 다음의 수학식 25과 같이 기술될 수 있다.
Figure pat00109
우리는 이제 주어진 목적 SNR(= ´)을위해소스 810에서 요구되는 전체 전력을 최소화하는 것을 원하는 최적화 문제를 다음의 수학식 26과 같이 설정할 수 있다.
Figure pat00110
상술한 최적화가 fi에서 단순한 이차 형식이며, 그러므로 단순하게 도함수(derivative)를 0으로 설정하여 최소화될 수 있다. 다른 말로 fi는 다음의 수학식 27과 같다.
Figure pat00111
수학식 27의 값을 수학식 26에 넣으면, 다음의 수학식 28이 획득될 수 있다.
이제, 각 시간 인스턴트 i에서 요구되는 전력을 Pi에 의해 나타낸다. 즉, 다음의 수학식 29와 같다.
Figure pat00113
분명하게, 이는 다음의 수학식 30과 같다.
Figure pat00114
텔레스코픽 시리즈(telescopic series)의 아이디어를 이용하면, 이는 다음의 수학식 31과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00115
그러므로 수학식 26에서 원 최적화 문제는 다음의 수학식 32와 같이 단순화될 수 있다.
Figure pat00116
상술한 최적화는 무선 통신 설정에서 매우 자주 발생한다. 이를 보다 분명하게 하기 위하여, 상술한 최적화 문제를 다음의 수학식 33과 같이 다시 기술한다.
Figure pat00117
수학식 33에서 최적화는 정보 이론에서 고전적인 워터필링(waterfilling) 문제이다. 페이딩 계수 hi가 하나의 채널 구현으로부터 다른 채널 구현까지 독립되고, 채널 통계와 관련된 어떤 정보도 알 수 없다면, 최고의 전략은 모든 전송에 걸쳐 동일한 전력을 할당하는 것이다. 즉, 모든 인스턴트 i에 대해 Pi = P이다.
치환을 이용하면, hybrid-ARQ에서 최적 전송 방법은 다음의 수학식 34와 같이 구성되는 것을 보일 수 있다.
Figure pat00118
x[1] = θ: 유사하게, 수신기 설계는 다음의 수학식 35와 같이 주어진다.
Figure pat00119
Figure pat00120
: 추가로 분석하면, 상술한 방법을 위한 에러의 확률이 재전송 N의 횟수의 증가와 함께 기하급수의 두 배로 감소됨이 확인될 수 있다.
단순화를 위하여, 본 실시예는 패킷
Figure pat00121
이 오직 하나의 심볼을 가지는 경우에 대해 보여준다. 하지만, 패킷이 하나 이상의 심볼을 가지면, 그 방법은 정확히 동일하다. 그 경우에서, 패킷의 각 심볼은 COF를 이용하여 독립적으로 코딩될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 이동 단말의 다른 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 9를 참조하면, 단말(900)은 제어부(910), 송신기(920) 및 수신기(930)를 포함할 수 있다. 단말(900)은 도 7의 UE(720) 또는 도 8의 소스(810)일 수 있다.
송신기(920)는 기지국으로 파일롯 신호를 전송한다. 그리고, 송신기(920)는 기지국에 제 1패킷을 전송한다.
수신기(930)는 기지국으로부터 NACK 신호 또는 ACK 신호를 수신한다. 추가로, 수신기(930)는 기지국으로부터 제 1패킷을 수신한다.
제어부(910)는 NACK 신호를 수신하면, 제 1패킷의 변형을 준비한다. 그리고, 제어부(910)는 기지국으로 상기 준비된 변형이 전송되도록 제어한다.
제어부(910)는 ACK 신호를 수신하면, 제 2패킷를 전송을 제언한다.
도 10은 본 발명에 따른 기지국의 다른 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 기지국(1000)는 제어부(1010), 송신기(102) 및 수신기(1030)를 포함할 수 있다. 기지국(1000)은 도 7의 BS(700) 및 도 8의 목적지(820)일 수 있다.
수신기(1030)는 파일롯 신호 및 제1 패킷을 단말로부터 수신한다.
제어부(1010)는 수신기(1030)가 수신한 파일롯 신호를 이용하여 채널에 대한 학습한다. 제어부(1010)는 수신기(1030)가 수신한 제 1패킷을 디고팅하고, 그것에 에러가 있는지 여부를 확인한다. 그것에 에러가 있는 경우에는, 제어부(1010)는 단말로 NACK 신호를 전송함으로써 패킷의 재전송을 요청한다. 추가로 제어부(1010)는 단말로 제 1패킷의 채널 출력이 피드백 되도록 제어한다.
제 1패킷이 성공적으로 디코딩된 경우에는, 송신기(1020)는 단말로 ACK를 전송한다.
본 발명은 채널 출력 피드백을 K 사용자 간섭 채널과 병합하는 것을 제공한다. 본 발명은 모의실험을 통해 2-타임 단계 프로세스를 갖는 경우조차 간섭 정렬에서 매우 큰 향상이 이루어질 수 있음을 증명하였다..
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (20)

  1. 기지국으로부터 수신된 프리코더가 적용된 제 1패킷을 상기 기지국으로 전송하는 송신기;
    상기 전송된 제1 패킷의 채널 출력 피드백(COF : Channel Output Feedback) 및 상기 COF를 기초로 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 상기 기지국으로부터 수신하는 수신기; 및
    상기 COF 및 상기 수신된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 상기 제 2패킷의 변형을 준비하고, 상기 기지국으로 상기 준비된 변형이 전송되도록 제어하는 제어부를 포함하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 단말.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보는 현재 시점에 전송될 신호의 제1 프리코더에 대한 정보, 이전 시점에 전송된 신호의 제2프리코더에 대한 정보, 상기 제1 프리코더를 위한 제1 스칼라 계수 및 상기 제2 프리코더를 위한 제2 스칼라 계수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 단말.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 COF는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel) 및 PDCCH(Physical Downlink Control Channel) 중 적어도 하나를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 단말.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 송신기는 상기 기지국으로 파일롯 신호를 전송하고,
    상기 프리코더는 상기 전송된 파일롯 신호를 기초로 선택되는 것을 특징으로 하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 단말.
  5. 기지국으로부터 프리코더에 대한 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 프리코더가 적용된 제 1패킷을 상기 기지국으로 전송하는 단계;
    상기 기지국으로부터 상기 전송된 제1 패킷의 채널 출력 피드백(COF : Channel Output Feedback)을 수신하는 단계;
    상기 기지국으로부터 상기 COF를 기초로 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 수신하는 단계;
    상기 COF 및 상기 수신된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 제 2패킷의 변형을 준비하는 단계; 및
    상기 기지국으로 상기 준비된 변형을 전송하는 단계를 포함하는 단말에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보는 현재 시점에 전송될 신호의 제1 프리코더에 대한 정보, 이전 시점에 전송된 신호의 제2프리코더에 대한 정보, 상기 제1 프리코더를 위한 제1 스칼라 계수 및 상기 제2 프리코더를 위한 제2 스칼라 계수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단말에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 COF는 PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) 및 PDCCH(Physical Downlink Control Channel ) 중 적어도 하나를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 단말에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 기지국으로 파일롯 신호를 전송하는 단계를 더 포함하고,
    상기 프리코더는 상기 전송된 파일롯 신호를 기초로 선택되는 것을 특징으로 하는 단말에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 전송하는 방법.
  9. 단말로 프리코더에 대한 정보를 전송하는 송신기;
    상기 단말로부터 상기 전송된 프리코드가 적용된 제 1 패킷을 수신하는 수신기; 및
    상기 수신된 제 1패킷의 채널 출력이 피드백 되도록 제어하고, 상기 채널 출력을 기초로 상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 결정하며, 상기 단말로 상기 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보가 전송되도록 제어하고, 상기 단말로부터 상기 제 2패킷의 수신을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제 2패킷은 상기 채널 출력 피드백 및 상기 전송된 제 2 패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 준비된 고유 신호의 변형인 것을 특징으로 하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 기지국.
  10. 제 9항에 있어서
    상기 수신기는 다른 기지국으로부터 상기 다른 기지국에 대한 정보를 수신하고,
    상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보는 상기 수신된 다른 기지국에 대한 정보를 더 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 기지국.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 수신기는 상기 단말로부터 제 1파일롯 신호를 수신하고, 다른 단말로부터 제2 파일롯 신호를 수신하며,
    상기 송신기는 상기 기지국에 대한 정보를 다른 기지국으로 전송하고,
    상기 기지국에 대한 정보는 상기 제 1 파일롯 신호 및 상기 제 2파일롯 신호를 기초로 훈련된 것을 특징으로 하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 기지국.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 수신기는 상기 단말로부터 제 1파일롯 신호를 수신하고, 다른 단말로부터 제2 파일롯 신호를 수신하며,
    상기 프리코더는 상기 제1 파일롯 신호 및 상기 제2 파일롯 신호를 기초로 선택되는 것을 특징으로 하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 기지국.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보는 현재 시점에 전송될 신호의 제1 프리코더에 대한 정보, 이전 시점에 전송된 신호의 제2프리코더에 대한 정보, 상기 제1 프리코더를 위한 제1 스칼라 계수 및 상기 제2 프리코더를 위한 제2 스칼라 계수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 기지국.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 COF는 PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) 및 PDCCH(Physical Downlink Control Channel ) 중 적어도 하나를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 기지국.
  15. 단말로 프리코더에 대한 정보를 전송하는 단계;
    상기 단말로부터 상기 전송된 프리코드가 적용된 제 1 패킷을 수신하는 단계;
    상기 수신된 제 1패킷의 채널 출력을 피드백하는 단계;
    상기 채널 출력을 기초로 상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 결정하는 단계;
    상기 단말로 상기 결정된 제 2패킷을 전송하기 위한 정보를 전송하는 단계; 및
    상기 단말로부터 상기 제 2패킷의 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2패킷은 상기 채널 출력 피드백 및 상기 전송된 제 2 패킷을 전송하기 위한 정보를 이용하여 준비된 고유 신호의 변형인 것을 특징으로 하는 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서
    다른 기지국으로부터 상기 다른 기지국에 대한 정보를 수신하는 단계를 더 포함하고,,
    상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보는 상기 수신된 다른 기지국에 대한 정보를 더 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 단말로부터 제 1파일롯 신호를 수신하는 단계;
    다른 단말로부터 제2 파일롯 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 기지국에 대한 정보를 다른 기지국으로 전송하는 단계를 더 포함하고,
    상기 기지국에 대한 정보는 상기 제 1 파일롯 신호 및 상기 제 2파일롯 신호를 기초로 훈련된 것을 특징으로 하는 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 단말로부터 제 1파일롯 신호를 수신하는 단계; 및
    다른 단말로부터 제2 파일롯 신호를 수신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 프리코더는 상기 제1 파일롯 신호 및 상기 제2 파일롯 신호를 기초로 선택되는 것을 특징으로 하는 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 제 2패킷을 전송하기 위한 정보는 현재 시점에 전송될 신호의 제1 프리코더에 대한 정보, 이전 시점에 전송된 신호의 제2프리코더에 대한 정보, 상기 제1 프리코더를 위한 제1 스칼라 계수 및 상기 제2 프리코더를 위한 제2 스칼라 계수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 COF는 PDSCH (Physical Downlink Shared Channel) 및 PDCCH(Physical Downlink Control Channel ) 중 적어도 하나를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 기지국에서 채널 출력 피드백을 이용하여 신호를 수신하는 방법.


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